Nei processi chimici, il grado dipende dal carattere ossidante o riducente del mezzo. Grade 2 (UNS R50400) resiste agli acidi ossidanti, al cloro umido, ai cloruri e alla maggior parte degli acidi organici molto bene. Per acidi riducenti come l'acido cloridrico e il solforico diluito, soprattutto a caldo, passare a Grade 7 (UNS R52400), il cui palladio mantiene il titanio passivo dove Grade 2 si corrode. Per cloruri concentrati e salamoie calde con interstizi, Grade 12 (UNS R53400) è la scelta equilibrata in termini di costo. Una regola inderogabile: il titanio non si usa con acido fluoridrico, che lo attacca anche diluito.
Beiyu Titanium fornisce Grade 2, Grade 7 e Grade 12 secondo ASTM B265, B338 e B348 in funzione della forma di prodotto ordinata. Indicare nella richiesta di offerta l'eventuale documento EN 10204 3.1 richiesto e l'ambito dei dati da riportare.
Una scelta errata comporta costi in entrambi i sensi. Specifiche insufficienti portano alla perforazione per corrosione dell'apparecchiatura in servizio, dove i costi del guasto e del fermo superano di molto il costo del metallo. Specifiche eccessive fanno pagare Grade 7 contenente palladio per un impiego che il normale Grade 2 avrebbe gestito a un costo molto inferiore. Questa guida mira a individuare il grado corretto per il flusso effettivo, evitando sia cedimenti in servizio sia spese eccessive all'acquisto.
Il principio che determina l'intera decisione: ossidante o riducente
Il titanio si protegge con un film passivo di biossido di titanio. Questo film si forma e si mantiene grazie all'ossigeno o ad altre specie ossidanti nell'ambiente. Da qui deriva la regola che governa ogni scelta del grado per impieghi chimici:
- In mezzi ossidanti o neutri (acido nitrico, cloro umido, biossido di cloro, ipoclorito, sali di cloruro, acqua di mare, maggior parte degli acidi organici), il film rimane integro e il titanio commercialmente puro offre prestazioni eccellenti.
- In mezzi riducenti (acido cloridrico, acido solforico caldo o concentrato, acido fosforico, interstizi poveri di ossigeno), il film non si mantiene in modo affidabile e il titanio commercialmente puro può corrodersi.
Quindi la prima domanda per qualsiasi impiego chimico non è “quanto è forte l'acido”, ma “l'ambiente è ossidante o riducente”. La risposta orienta verso un grado.
A cosa resiste Grade 2 e quali sono i suoi limiti
Il titanio commercialmente puro Grade 2 è la scelta predefinita per le apparecchiature chimiche grazie all'ampia gamma di sostanze a cui resiste:
| Servizio |
|---|
| Acido nitrico nella maggior parte delle concentrazioni e temperature (il titanio è un materiale classico per il servizio con acido nitrico). |
| Cloro umido, biossido di cloro e ipoclorito, motivo per cui il titanio domina le apparecchiature per cloro-alcali e sbiancamento. |
| Sali clorurati, salamoie e acqua di mare a temperatura ambiente e moderata. |
| La maggior parte degli acidi organici (acetico, formico, citrico e simili) in condizioni tipiche. |
Grade 2 raggiunge il proprio limite in:
| Cosa afferma la guida |
|---|
| Acido cloridrico al di fuori delle condizioni di diluizione e bassa temperatura. |
| Acido solforico quando è caldo o concentrato. |
| Acido fosforico quando è caldo. |
| Interstizi caldi, stretti e poveri di ossigeno in servizio con cloruri, dove la corrosione interstiziale può iniziare quando la temperatura del metallo supera circa 70 a 80 C. |
I minimi ASTM per Grade 2 sono 345 MPa di resistenza a trazione e 275 MPa di carico di snervamento, confermati nel certificato di collaudo secondo EN 10204 3.1 per ogni colata.
Grade 7: il grado per gli acidi riducenti
Grade 7 è titanio commercialmente puro con una piccola aggiunta di palladio (circa 0.12 a 0.25 per cento). Meccanicamente è identico a Grade 2 (345 MPa di resistenza a trazione, 275 MPa di carico di snervamento minimo), quindi viene specificato esclusivamente per la corrosione. Il palladio fornisce un effetto catodico che mantiene il titanio nella regione passiva in condizioni riducenti, proprio dove Grade 2 cede.
In pratica questo estende l'utilizzo del titanio a:
| Cosa afferma la guida |
|---|
| Acido cloridrico da diluito a moderatamente concentrato a temperature alle quali Grade 2 si corroderebbe. |
| Servizio con acido solforico e fosforico riducente o contaminato. |
| Salamoia calda e cloruri concentrati in presenza di interstizi, dove Grade 7 innalza la temperatura di innesco della corrosione interstiziale ben oltre quella di Grade 2. |
Grade 7 è il più costoso tra i gradi per la corrosione a causa del palladio, quindi viene riservato agli impieghi che lo richiedono realmente anziché essere usato ovunque.
Grade 12: cloruri caldi a un costo inferiore
Grade 12 è una lega di titanio a basso tenore di elementi di lega, con circa 0,3 per cento di molibdeno e 0,8 per cento di nichel. I minimi ASTM sono 483 MPa di resistenza a trazione e 345 MPa di carico di snervamento, quindi è sia più resistente meccanicamente di Grade 2 sia più resistente alla corrosione interstiziale in cloruri e salamoie calde. Non eguaglia Grade 7 negli acidi fortemente riducenti, ma per flussi di processo con cloruri caldi, gestione delle salamoie e dissalazione offre gran parte della resistenza alla corrosione interstiziale a un costo inferiore rispetto al grado al palladio. Per molti scambiatori di calore ed evaporatori con cloruri caldi, Grade 12 è la scelta intermedia pratica tra Grade 2 e Grade 7.
Quando conta anche la resistenza meccanica: Grade 5 e Grade 23
Quando un componente per servizio chimico deve sostenere un carico meccanico, come gli organi interni di pompe e valvole, gli alberi, gli elementi di fissaggio e i componenti degli agitatori, si ricorre ai gradi legati. Grade 5 (Ti-6Al-4V, UNS R56400) offre una resistenza a trazione minima di 895 MPa e un carico di snervamento minimo di 828 MPa con una buona resistenza generale alla corrosione, sebbene in presenza di cloruri caldi tolleri gli interstizi meno di Grade 7 o Grade 12. Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI, UNS R56407 secondo la serie ASTM B; R56401 secondo ASTM F136) è la versione ad alta tenacità e basso contenuto di interstiziali, utilizzata dove contano la tenacità a frattura o la fatica. Entrambi vengono scelti anzitutto per la resistenza meccanica, mentre la corrosione viene gestita mediante la progettazione anziché con il solo grado.
Dati di isocorrosione: i limiti di ciascun grado in HCl
La selezione non si riduce a “acido riducente significa Grade 7”. I dati pubblicati di isocorrosione, la concentrazione alla quale la velocità di corrosione rimane al di sotto di circa 0,13 mm all'anno (5 mils all'anno) a temperatura ambiente, mostrano i limiti di ciascun grado in acido cloridrico:
| Punto | Cosa afferma la guida |
|---|---|
| Grade 2 (commercialmente puro) | resistente a circa 7 per cento di HCl a temperatura ambiente. |
| Grade 12 | circa 9 per cento di HCl a temperatura ambiente. |
| Grade 7 (palladio) | circa 27 per cento di HCl a temperatura ambiente. |
Le velocità di corrosione aumentano rapidamente sia con la temperatura sia con la concentrazione, quindi questi limiti a temperatura ambiente diminuiscono quando l'acido si riscalda. Considerare i valori come riferimento iniziale, quindi verificarli su un diagramma di isocorrosione per la temperatura e la concentrazione effettive e, per impieghi critici, mediante prove proprie su provini di corrosione.
La famiglia al palladio: Grade 7, 11, 16 e 17
Grade 7 non è l'unico grado al palladio e conoscere la famiglia consente di bilanciare costo e resistenza meccanica anziché scegliere automaticamente l'opzione più costosa:
| Punto | Cosa afferma la guida |
|---|---|
| Grade 7 (UNS R52400) | Base Grade 2 con aggiunta di 0.12 a 0.25 per cento di palladio. |
| Grade 11 (UNS R52250) | Base Grade 1 con lo stesso intervallo di palladio, per impieghi in cui la formabilità conta più della resistenza meccanica. |
| Grade 16 (UNS R52402) | Base Grade 2 con un contenuto ridotto di palladio, da 0.04 a 0.08 per cento, che conserva gran parte della resistenza agli acidi riducenti con un costo inferiore del palladio. |
| Grade 17 (UNS R52252) | la versione su base Grade 1 della soluzione a basso contenuto di palladio. |
Per molti impieghi con acidi riducenti, Grade 16 a basso contenuto di palladio offre gran parte dei vantaggi di Grade 7 a un costo inferiore, quindi conviene richiedere un'offerta da confrontare con Grade 7 a pieno contenuto di palladio, anziché presumere che Grade 7 sia l'unica opzione.
Il limite assoluto: l'acido fluoridrico
Il titanio viene attaccato dall'acido fluoridrico e dagli ioni fluoruro in soluzione acida, anche a bassa concentrazione. Nessun grado di titanio risolve questo problema. Se un fluido di processo contiene HF o fluoruri acidi, il titanio è il materiale sbagliato e occorre utilizzare una lega diversa. Questa eccezione merita di essere dichiarata chiaramente, perché è la causa più comune della scelta di apparecchiature in titanio per un servizio a cui non possono resistere.
Guida rapida mezzo-grado
| Mezzo | Carattere | Grado iniziale |
|---|---|---|
| Acido nitrico | Ossidante | Grade 2 |
| Cloro umido, ClO2, ipoclorito | Ossidante | Grade 2 |
| Sali di cloruro, salamoia, acqua di mare (a temperatura ambiente) | Cloruri neutri | Grade 2 |
| Acido cloridrico (diluito, caldo) | Riducente | Grade 7 |
| Acido solforico (caldo o concentrato) | Riducente | Grade 7 |
| Cloruri o salamoia concentrati caldi, interstizi | Interstizio riducente | Grade 12, poi Grade 7 |
| Acidi organici | Prevalentemente ossidanti o poco aggressivi | Grade 2 |
| Acido fluoridrico o fluoruri acidi | Attacca il titanio | Non utilizzare titanio |
Utilizzare questi dati come punto di partenza, quindi verificarli rispetto a concentrazione, temperatura e profilo dei contaminanti effettivi del flusso prima di specificare il materiale. Quando la scelta del grado riguarda apparecchiature di processo anziché materia prima, il scambiatore di calore a fascio tubiero in titanio viene offerto sulla base degli stessi dati di servizio.
Tabella comparativa
| Grado | UNS | Resistenza a trazione / carico di snervamento minimi ASTM | Ideale per | Limiti in |
|---|---|---|---|---|
| Grade 2 | R50400 | 345 / 275 MPa | Acidi ossidanti, cloro umido, cloruri, sostanze organiche | Acidi riducenti caldi, interstizi caldi |
| Grade 7 | R52400 | 345 / 275 MPa | Acidi riducenti (HCl, H2SO4), interstizi caldi | Costo; non necessario per mezzi ossidanti |
| Grade 12 | R53400 | 483 / 345 MPa | Cloruri e salamoia caldi, interstizi | Acidi fortemente riducenti |
| Grade 5 | R56400 | 895 / 828 MPa | Componenti portanti | Corrosione interstiziale in cloruri caldi |
| Grade 23 | R56401 | 828 / 759 MPa | Componenti portanti, elevata tenacità | Corrosione interstiziale in cloruri caldi |
I valori meccanici sono i minimi ASTM e vengono confermati nel certificato di collaudo 3.1 secondo EN 10204 per ogni colata. Tutti i gradi di titanio cedono in acido fluoridrico.
Forme e norme per apparecchiature chimiche
| Campo da indicare |
|---|
| Lamiera sottile e lamiera spessa secondo ASTM B265 per reattori, colonne, serbatoi, rivestimenti di recipienti e piastre tubiere. |
| Tubo secondo ASTM B338 per scambiatori di calore e condensatori, con tubazioni di processo ordinate secondo ASTM B861 (senza saldatura) o B862 (saldato). |
| Barra secondo ASTM B348 per componenti di valvole, pompe e raccordi ottenuti mediante lavorazione meccanica. |
| Per le apparecchiature a pressione, il progetto può fare riferimento al recepimento ASME, ad esempio ASME SB-265 per la lamiera spessa. Indicarlo nella richiesta di offerta se il disegno lo richiama. |
Lista di controllo per l'acquisto di titanio per impieghi chimici
Quando si invia una richiesta di offerta per titanio destinato a impieghi chimici, indicare:
- Il mezzo esatto, la concentrazione e la temperatura, inclusi eventuali contaminanti come fluoruri, ossidanti o agenti riducenti.
- Se l'ambiente è ossidante o riducente e se sono presenti interstizi.
- Grado e numero UNS, e norma di riferimento.
- Forma e dimensioni: spessore per la lamiera spessa, diametro esterno e spessore di parete per il tubo, diametro per la barra.
- Ambito dei controlli e della documentazione: certificato di collaudo 3.1 secondo EN 10204, oltre a eventuali prove UT, a correnti indotte o idrostatiche per il tubo.
Condividere la composizione chimica reale del fluido consente di confermare il grado prima dell'offerta, con un costo molto inferiore rispetto alla scoperta di una scelta errata dopo un guasto.
Come Beiyu Titanium fornisce i gradi per impieghi chimici
Beiyu Titanium fornisce titanio Grade 2, Grade 7 e Grade 12 per processi chimici sotto forma di lamiera sottile e lamiera spessa secondo ASTM B265, tubo secondo ASTM B338, con tubazioni di processo secondo ASTM B861 o B862, e barre secondo ASTM B348. Per il materiale destinato al servizio chimico, indicare nella richiesta di offerta il documento EN 10204 3.1 richiesto, la composizione chimica, i risultati meccanici e la tracciabilità tramite il numero di colata o del lotto, così da poter confermare l'ambito documentale disponibile prima del rilascio dell'ordine. Inviare fluido, concentrazione, temperatura e forma, per consentire la conferma del grado corretto prima dell'offerta.
Guide e strumenti correlati
- Grado di titanio per acqua di mare e impieghi marini
- Titanio per uso medico (ASTM F136, Grade 23 ELI)
- Strumento di selezione del grado di titanio
Dettagli delle specifiche con fonti
ASTM B265 e le relative norme per tubi e barre elencano una categoria di gradi per servizio chimico che la maggior parte delle tabelle di selezione omette: le varianti H. Grade 2H e Grade 7H mantengono la composizione chimica del grado base e il suo carico di snervamento minimo di 275 MPa, ma aumentano la resistenza a trazione minima da 345 MPa (50 ksi) a 400 MPa (58 ksi), una designazione creata affinché i progettisti di apparecchiature a pressione che operano secondo il codice ASME possano utilizzare una tensione ammissibile maggiore per lo stesso metallo. Quando lo spessore del mantello di un reattore o di una colonna in titanio è determinato dalla sollecitazione anziché dalla corrosione, un'offerta per Grade 2H rispetto a Grade 2 aggiunge 55 MPa alla resistenza a trazione minima specificata, con 0 variazioni del contenuto di palladio o del comportamento alla corrosione.
Beiyu Titanium offre tutti i 4 gradi al palladio nella scala di questa pagina, Grades 7, 11, 16 e 17, nelle tre forme di prodotto acquistate dagli impianti chimici: lamiera spessa da 0.5 a 70 mm di spessore, tubo senza saldatura da 5 a 325 mm di diametro esterno e barra da 1 a 500 mm di diametro. Questa copertura consente di quotare un'alternativa Grade 16 a basso tenore di palladio accanto al Grade 7 a tenore pieno nella stessa offerta, nella stessa forma e dimensione: è così che Beiyu presenta la decisione sui costi descritta in questa pagina.
Per il servizio specifico in acidi ossidanti, le velocità di corrosione pubblicate per concentrazione e temperatura sono riportate in titanio in acido nitrico.